JP3933526B2 - Gas concentration measuring device - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、遠隔地に配置されたガスセンサからの電圧信号を有線により伝送してガスの濃度を検出するガス濃度測定装置におけるガスセンサの端子電圧を検出端子側で測定する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、化学プラントなどでは原料の漏洩を早期に検出するため、ガス検出手段を設備ごとに配置してケーブルにより中央監視所に電圧信号を伝送するように監視システムが構築されている。
【０００３】
このようなガス検出手段は、通常、ガスに感応する半導体物質を加熱手段により加熱し、ガス感応時の半導体物質の抵抗を基準抵抗との分圧として検出するように回路構成されて使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ガス検出点と中央監視所とは、長い場合にはキロメートルオーダのケーブルにより接続され、かつその長さが不定であるため、ケーブルの線路抵抗に起因した誤差が測定結果に含まれるという問題がある。
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ガス検出点と中央監視所とを接続するケーブルの線路抵抗にかかわりなく、ガスセンサに印加される端子電圧を中央監視所から測定することができるガス検出装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このような問題を解消するために本発明においては、ガスに感応する半導体物質をヒータにより加熱する半導体ガスセンサと、前記ヒータに線路を介して定電流を供給する定電流電源手段と、前記半導体物質の抵抗、または電圧を、基準抵抗の電圧信号として線路を介して検出する測定手段とを備えたガス濃度測定装置において、前記半導体物質はスイッチを介して前記基準抵抗に接続されており、前記ガスを測定する場合には前記スイッチがオンにされ、また前記半導体物質の端子電圧を測定する場合には前記スイッチがオフにされるように構成されている。
【０００６】
【作用】
半導体ガスセンサの端子電圧を測定する場合には、スイッチをオフとして線路１本分の電圧降下を含む電圧を検出し、ヒータに接続する線路間の電圧との演算により線路抵抗による電圧降下を相殺した電圧データを得る。
【０００７】
【発明の実施の態様】
そこで以下に本発明の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施例を示すものであって、ガス検出手段を構成する半導体ガスセンサ１は、ヒータ２と、これとは電気的に分離され、かつ熱伝導関係を形成するようにガス感応半導体物質３を配置して構成されている。
ガスセンサ１は、そのヒータ２をケーブルを構成する線路Ｌ１、Ｌ２を介して中央監視所の端子Ｔ１、Ｔ２に、また半導体物質３は一端をヒータ２に接続され、他端を線路Ｌ３を介して端子Ｔ３に延長されている。
【０００８】
端子Ｔ１、Ｔ２には定電流電源回路４が接続されていて、半導体ガスセンサ１のヒータ２に所定電流、例えば１００ｍＡの電流が供給されている。
また端子Ｔ３には常時オン状態を維持するスイッチ５を介して接地された基準抵抗６が接続され、基準抵抗６の電圧信号が演算増幅器７を介して測定手段８に入力されている。測定手段８は、アナログーデジタル変換手段９、ガス濃度演算手段１０、表示部１１により構成され、半導体物質３の抵抗値を電圧信号として検出し、ガス濃度を表示部１１により表示するように構成されている。
【０００９】
この実施例において、被検ガスが半導体ガスセンサ１に流れ込むと、半導体物質３の抵抗値Ｒｘがガス濃度に対応して変化する。この抵抗Ｒｘは、ヒータ２と半導体物質３との接続点Ａから端子Ｔ３までの抵抗として測定手段８により検出される。つまり半導体物質３と直列に接続された基準抵抗６の電圧をアナログーデジタル変換器９から得て、ガス濃度演算手段１０に予め格納されている校正データに基づいてガス濃度を算出して表示部１１に表示する。
【００１０】
このように分圧により半導体ガスセンサ１の信号電圧を検出する関係上、半導体ガスセンサ１に印加されている電圧Ｖ、つまりＡ点とＢ点との間の電圧を検出する必要があるが、各線路Ｌ１〜Ｌ３は、それぞれ線路抵抗Ｒ１〜Ｒ３が存在するため、端子Ｔ１、Ｔ２の電圧は、負荷電流と線路抵抗Ｒ１、Ｒ２(長さ２０００ｍの場合には略２０Ω程度)とによる電圧降下分ΔＶを含む。
【００１１】
半導体ガスセンサ１に印加される電圧Ｖを測定する場合には、スイッチ５をオフとして接続点Ａと端子Ｔ３との間に電流が流れない状態として端子Ｔ１と端子Ｔ３との電圧を高入力インピーダンス電圧測定手段により測定すると、半導体物質３の抵抗(通常、２００ＫΩ程度)や線路抵抗Ｒ３に関わり無く、端子Ｔ１とＡ点と間の電圧Ｖ１、つまり線路抵抗Ｒ２による電圧降下分ΔＶ１だけを含んだ電圧を測定できる。
【００１２】
また、端子Ｔ１と端子Ｔ２との電圧Ｖ２を測定することにより、線路抵抗Ｒ１とＲ２とによる電圧降下ΔＶ２を含んだ電圧を測定することができる。
【００１３】
ところで、線路Ｌ１乃至Ｌ３は通常同一規格のものが用いられ、かつ長さも同一であり、またヒータ２の抵抗も一定であるから、これら電圧Ｖ１とＶ２との差分Ｖ１−Ｖ２は、線路Ｌ１、Ｌ２それぞれ１本分の電圧降下を示すことになる。
【００１４】
したがって、端子Ｔ１と端子Ｔ２との間の電圧Ｖ２から上記差分の２倍の電圧(Ｖ１−Ｖ２)×２を差し引くか、または端子Ｔ１と端子Ｔ３との間の電圧Ｖ１から上記差分(Ｖ１−Ｖ２)を差し引くことにより、半導体ガスセンサ１の端子電圧Ｖを正確に知ることができる。
【００１５】
なお、上述に実施例においては、スイッチ５としてメカニカルスイッチを使用した場合について説明したが、半導体スイッチを使用しても同様の作用を奏する。
すなわち、半導体スイッチは、そのオフ時のインピーダンスは、半導体物質３や線路抵抗に対して極めて高い値を有するから、実質的に完全なオフ状態とみなすことができる。
【００１６】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、半導体ガスセンサの端子電圧を測定する場合には、スイッチをオフとして線路１本分の電圧降下を含む電圧が検出できるから、ヒータに接続する線路間の電圧との演算により線路抵抗による電圧降下が相殺可能となり、遠隔地点のセンサに印加されている電圧を正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 半導体ガスセンサ
２ ヒータ
３ 半導体物質
５ スイッチ
６ 基準抵抗
８ 測定手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for measuring a terminal voltage of a gas sensor on a detection terminal side in a gas concentration measuring device that detects a gas concentration by transmitting a voltage signal from a gas sensor disposed at a remote place by wire.
[0002]
[Prior art]
For example, in a chemical plant or the like, a monitoring system is constructed so as to transmit a voltage signal to a central monitoring station via a cable by arranging gas detection means for each facility in order to detect raw material leakage at an early stage.
[0003]
Such a gas detection means is usually used in a circuit configuration so that a semiconductor material sensitive to gas is heated by a heating means, and the resistance of the semiconductor material at the time of gas detection is detected as a partial pressure with respect to a reference resistance. .
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the gas detection point and the central monitoring station are connected by a cable in the kilometer order when the length is long and the length is indefinite, an error caused by the line resistance of the cable is included in the measurement result. There is.
The present invention has been made in view of such problems, and the object of the present invention is to provide a terminal voltage applied to the gas sensor regardless of the line resistance of the cable connecting the gas detection point and the central monitoring station. It is to provide a gas detection device that can measure from a central monitoring station.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve such a problem, in the present invention, a semiconductor gas sensor for heating a semiconductor material sensitive to gas by a heater, a constant current power supply means for supplying a constant current to the heater via a line, and the semiconductor material A gas concentration measuring device comprising a measuring means for detecting the resistance or voltage as a voltage signal of a reference resistance via a line, wherein the semiconductor substance is connected to the reference resistance via a switch, and the gas The switch is turned on when measuring the voltage, and the switch is turned off when measuring the terminal voltage of the semiconductor material .
[0006]
[Action]
When measuring the terminal voltage of the semiconductor gas sensor, the switch is turned off, the voltage including the voltage drop for one line is detected, and the voltage drop due to the line resistance is canceled by calculation with the voltage between the lines connected to the heater. Get voltage data.
[0007]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Therefore, details of the present invention will be described below based on the illustrated embodiment.
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, in which a
The
[0008]
A constant current power supply circuit 4 is connected to the terminals T1 and T2, and a predetermined current, for example, a current of 100 mA is supplied to the heater 2 of the
Further, the terminal T3 is connected to a reference resistor 6 that is grounded via a switch 5 that is always on, and a voltage signal of the reference resistor 6 is input to the measuring means 8 via an operational amplifier 7. The measuring unit 8 includes an analog-
[0009]
In this embodiment, when the test gas flows into the
[0010]
Thus, it is necessary to detect the voltage V applied to the
[0011]
When the voltage V applied to the
[0012]
Further, by measuring the voltage V2 between the terminal T1 and the terminal T2, a voltage including the voltage drop ΔV2 due to the line resistances R1 and R2 can be measured.
[0013]
By the way, the lines L1 to L3 are usually of the same standard, have the same length, and the resistance of the heater 2 is constant, so that the difference V1-V2 between these voltages V1 and V2 is the line L1, Each L2 represents a voltage drop for one line.
[0014]
Accordingly, a voltage (V1−V2) × 2 that is twice the difference is subtracted from the voltage V2 between the terminals T1 and T2, or the difference (V1−V1) is calculated from the voltage V1 between the terminals T1 and T3. By subtracting V2), the terminal voltage V of the
[0015]
In the above-described embodiment, the case where a mechanical switch is used as the switch 5 has been described. However, even if a semiconductor switch is used, the same effect is obtained.
That is, the semiconductor switch has an extremely high impedance when it is turned off with respect to the semiconductor material 3 and the line resistance, so that it can be regarded as a substantially complete off state.
[0016]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when the terminal voltage of the semiconductor gas sensor is measured, a voltage including a voltage drop for one line can be detected by turning off the switch. The voltage drop due to the line resistance can be canceled by the calculation with the voltage, and the voltage applied to the sensor at the remote point can be accurately measured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (1)
前記半導体物質はスイッチを介して前記基準抵抗に接続されており、前記ガスを測定する場合には前記スイッチがオンにされ、また前記半導体物質の端子電圧を測定する場合には前記スイッチがオフにされるガス濃度測定装置。A semiconductor gas sensor for heating a semiconductor material sensitive to gas by a heater, a constant current power supply means for supplying a constant current to the heater through a line, and a resistance or voltage of the semiconductor material as a voltage signal of a reference resistance as a line In a gas concentration measuring device comprising a measuring means for detecting via
The semiconductor material is connected to the reference resistor via a switch, the switch is turned on when measuring the gas, and the switch is turned off when measuring the terminal voltage of the semiconductor material. is Ru gas concentration measuring device.
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